生活垃圾焚燒二噁英生成機理及控制技術

王洪乾

近年來，我國居民和生活垃圾焚燒和水力發(fā)電迅猛，垃圾焚燒和水力發(fā)電需求量大幅增加，為徹底破解我國各地城市垃圾包圍問題作出了貢獻。對于生活垃圾焚燒二噁英的主要生成機制問題進行了研究，以其生成機制作為理論依據(jù)，尋求了控制二噁英主要生成的方法和途徑。

關鍵詞：生活垃圾 焚燒 二噁英 生成機理 控制技術

引言

生活垃圾的焚燒和發(fā)電已經(jīng)被認為是處置固體廢棄物的一種有效方式，在發(fā)達國家已經(jīng)得到了廣泛地運用。正在探索二噁英的脫除技術，有效地降低二噁英的污染物排放濃度，化解了生活垃圾焚燒后的發(fā)電相鄰避效應，促進了生活垃圾焚燒后的發(fā)電相關技術健康和可持續(xù)發(fā)展。

生活垃圾中二噁英的形成

1.高溫氣相合成

二噁英高溫高熱氣相人工合成的方法主要用途是專門用來研究泛指燃煤廢棄物和垃圾在燃煤鍋爐的一個高溫高熱地帶（500～800℃）可以進行高溫生成，并經(jīng)過自由基縮合、脫氯等復雜化學反應以及工藝氧化過程而最終得以人工制備和取出二噁英，主要利用氯酚取代高溫氣相的主要前驅物質還包括鄰二氯苯和近鄰二甲基氯酚等。而且在日常生活中的垃圾全部進入高溫爐排之后，由于此時爐膛內(nèi)的空氣溫度相對較高，垃圾首先很有可能會被高溫晾曬干燥然后再對其進行回爐焚燒。其中有些垃圾體積比較大或者特別是垃圾含水量比較大的燃燒垃圾容易就會產(chǎn)生不完全并且可以直接用來進行燃燒的氧化產(chǎn)物，由于這些燃燒后的垃圾中本身都主要包括了有機氧的氯和少量無機氧的氯。

2.從頭合成

燃燒中然的廢水所燃燒產(chǎn)生的部分燃燒廢水被空氣殘?zhí)贾苯油ㄟ^吸附傳輸?shù)饺紵w灰密集的密聚空氣孔中，當部分廢水由密集空氣和燃燒飛灰直接混合而來，空氣殘?zhí)贾械挠袡C氧化陰離子就有機會迅速地直接擴散出來，并且在燃燒飛灰的密集空氣孔中與燃燒自然的殘?zhí)贾g直接進行氧化反應，這個氧化過程就是對大量小分子燃燒廢水中自然碳的有機氧化和化學降解的一個過程，同時通過氯從燃燒飛灰氣體表面的一種金屬鹽和氯化物的一個配體同位體過程中將部分廢水直接傳輸?shù)焦┙o了大量小分子自然碳中，生成了已經(jīng)氯被取代的一種芳香族化合物（二噁英類中間氯化產(chǎn)物），然后再次混合生成廢水/FS，部分已經(jīng)直接進入飛灰煙氣中，部分廢水儲存于燃燒飛灰。影響二噁英從頭合成的主要因素影響含量因素主要包括燃燒溫度、殘?zhí)肌⒋呋瘎┪锏姆N類、氧和氧化鋁的濃度含量等，其中這些溫度變化問題主要是與實際使用垃圾焚燒發(fā)電廠在項目建設和經(jīng)營運行中容易出現(xiàn)受到廣泛社會關注的一個重點因素影響。二噁英由于從頭氧化合成的最優(yōu)由頭溫度變化區(qū)域存在范圍目前可以初步確定大約為300～350℃。

3.前驅物合成

有關科學研究結果表明，在二噁英的化學前驅物分子合成中，形成磷的和形成PCDF的分子機制結構并非全部是基本完全相同的。其主要工作原理就是通過復雜的偶聯(lián)反應而得以形成，包括催化氯酚的一個偶聯(lián)氧化反應和芳香基與環(huán)的一個閉合偶聯(lián)反應等，在整個偶聯(lián)反應的持續(xù)時間和作用過程當中，催化劑的主要功效就是氯酚可以直接充當一種通過電子向外在空氣中進行傳遞的化學氧化劑，它甚至可以直接讓2個芳香基的環(huán)互相進行偶聯(lián)。PCDF主要由苯基氯苯和多氯聯(lián)苯共同反應產(chǎn)生，其中主要包括了通過多種不同金屬鹽的催化而反應形成的苯環(huán)四個環(huán)。

控制二噁英形成的技術

1.形成抑制

可以在實踐中通過采用如下幾點方式來抑制二噁英的形成，這些不同的措施都會從不同的角度來直接遏制二噁英。

① 優(yōu)化燃燒的參數(shù)

可以在分析不同爐形結構的基礎上來更好地優(yōu)化二噁英燃燒的參數(shù)，并通過運用相關的參數(shù)來直接抑制二噁英的形成。這是目前最為直接抑制二噁英的主要方法。

② 在爐子內(nèi)部加入合適的抑制劑

可以在爐子內(nèi)部投入各種不同類型的抑制劑，這些主要的抑制劑重點是由氯化物、堿性化合物和其他不同類型的物質組成。其中，高級的硫抑制劑則會通過消耗存在于氧氣中的Cl2來和飛灰中的金屬催化劑直接進行反應，最終自然可以直接降低催化劑自身的活性。

③ 優(yōu)化焚燒爐的結構

不同類型的焚燒爐主要可以分為爐排式、流化床式和其他不通過的類型，更可以在燃燒的過程中采用包括兩段式燃燒在內(nèi)的不同燃燒方式。實踐中主要可以運用“3T”原則來優(yōu)化整個焚燒爐的結構，不僅要將燃燒的溫度控制在850攝氏度以上，更需要在燃燒中形成新的燃燒結構，并注意在高溫區(qū)停留超過2s的時間。

④ 清除積灰

存在于管道和換熱面內(nèi)部的積灰不僅可以在第一時間釋放出一定的二噁英，更可以在不同的場合幫助形成不同的二噁英。只需要在第一時間有效地清除存在于管道內(nèi)部的積灰才能夠有效地減少在燃燒區(qū)域內(nèi)部的二噁英。⑤ 煙氣凈化技術

多數(shù)二噁英中都會存在諸多類型的顆粒狀物質，生活中產(chǎn)生的二噁英也多數(shù)是以顆粒狀的狀態(tài)存在的。其中氣態(tài)的二噁英會因為氯原子數(shù)量的增加而不斷地減少，而低氯形式的二噁英則會因為受到環(huán)境的影響而變得不太穩(wěn)定。正因為環(huán)境中低氯代二噁英對環(huán)境的影響將會變得很大，所以只有控制氣態(tài)二噁英的排放才能夠發(fā)揮更大的作用。實際采用的治理方法包括如下幾點：

第一，重點可以采用活性炭來實現(xiàn)高效除塵，這是目前多數(shù)垃圾焚燒電廠中采用的最佳方法。只要通過靈活地運用活性炭表面存在的吸附性就可以吸收空氣中的二噁英。第二，采用選擇性催化還原的方法。注意在進行脫銷處理的同時直接處理二噁英，實踐中分解的產(chǎn)物主要是由不同的產(chǎn)物組成。為了避免在垃圾焚燒的過程中存在中毒的現(xiàn)象，需要在設置除塵裝置之后來設置合適的催化溫度，并在較低溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)高效分解。多數(shù)公司實際更會采用催化反應和布袋除塵相互結合的方式，為的就是借助特殊的工藝附著在過濾膜上，最終讓二噁英在第一時間被分解。第三，高能電子束實際是應用非常廣泛的技術，主要借助電子束來直接分解二噁英。但是因為內(nèi)部反應器非常不穩(wěn)定，所以會在較短的時間內(nèi)提升其使用的成本，但是此項技術還沒有被納入商業(yè)化的應用階段。第四，實踐中可以通過改進燃燒技術來直接控制燃燒系統(tǒng)。并通過在垃圾焚燒場內(nèi)部設置較為先進和可靠的自動控制系統(tǒng)來讓燃燒技術發(fā)揮更好的作用。第五，多數(shù)二噁英實際會直接吸附在飛灰上，因此專業(yè)人員需要借助專業(yè)的容器來直接收集飛灰，并在采用合適的技術來進行無害化處理。如果有條件也可以針對這些飛灰來進行加熱脫氯處理，或者在融化之后再送到安全填埋場內(nèi)部，最終自然可以降低灰飛中二噁英的含量。

結語

綜上所述，深入地研究二噁英的生成和排放機理，提高目前現(xiàn)有的二噁英污水處理工藝和技術在二噁英的脫除利用效率，探索一種控制二噁英污水生成和排放的新技術，有效地減少二噁英的排放，為今后的生活垃圾焚燒和污水發(fā)電工藝和技術的健康快速發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。